KR101017851B1

KR101017851B1 - 고정자 및 전기 기계

Info

Publication number: KR101017851B1
Application number: KR1020057004650A
Authority: KR
Inventors: 에버하르트 라우; 토마스 베르거; 마틴 헨네; 클라우스 플뤼거
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2011-03-04
Also published as: EP1543601A1; JP2005539477A; CN1682421A; DE10243986A1; CN100367630C; KR20050057433A; EP1543601B1; WO2004030179A1; US20060125341A1; DE50307257D1; US7761975B2

Abstract

본 발명은 전기 기계의 고정자에 관한 것으로, 적어도 하나의 고정자 세그먼트(14)를 연결하는 용접 시임(20)을 포함하는 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어진 링형 고정자 코어(13)를 갖는다. 상기 고정자는 용접 시임의 용접 시임 깊이(T_S)가 요오크 높이(H_Joch)의 값과 공차값(ΔT_S)에 따라 함수 T_S= 0.5 mm * (H_Joch/mm -1)±ΔT_S로 표시되는 것을 특징으로 한다.

고정자, 용접 시임, 고정자 코어, 요오크 높이

Description

고정자 및 전기 기계{Stator and electrical machine}

본 발명은 고정자 및 전기 기계에 관한 것이다.

일본 공개 공보 제 9 - 103052호에는 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 고정자 및 전기 기계가 공지되어 있다.

상기 고정자의 제조를 위해 먼저 개별 박판이 스탬핑되고 특정 개수의 상기 박판은 코어의 소정 축방향 폭이 달성될 때까지 적층된다. 상기 적층된 박판은 고정자 코어를 형성하고, 상기 고정자 코어의 한 측은 고정자에 있어서 통상적인, 서로 평행한 톱니와 홈을 갖는다. 예비 권취된 코어 권선은 예컨대 대략 편평한 형태로 구현된 다음, 예컨대 실질적으로 평평한 코어의 홈 내로 삽입된다. 후속하여 코어 및 코어 권선으로 이루어진 서브어셈블리는 중공 실린더형 고정자가 형성되도록 원형으로 밴딩된다. 고정자 철심과 권선으로 이루어진 서브어셈블리가 원형으로 밴딩된 후 2개의 단부들은 용접에 의해 서로 결합된다. 2개의 단부들 사이의 용접 결합부는 선행기술에 공지되지 않은 방법으로 특수하게 구현된, 다중으로 하중을 받는 결합부이다.

독립 청구범위의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 고정자는 유효 요오크 높이 및 용접 시임 깊이에 대한 공차값에 의존하여 용접 시임 깊이를 지정함으로써, 전기 기계의 고정자에 영향을 미치는 다양한 파라미터를 신뢰성 있고 확실하게 제어할 수 있는 규정이 제시되고, 따라서 한편으로는 용접 후 결합 위치에서의 용접 시임의 균열이 확실하게 방지되고, 다른 한편으로는 예컨대 결합 위치에서 고정자 철심의 전자기 특성이 심하게 저하되지 않는 장점을 갖는다. 요오크 높이(H_Joch)와 공차값( ΔT_S)에 의존하는 하기 함수

T_S= 0.5 mm * (H_Joch/mm -1)±ΔT_S

에 따라 주어지는 용접 시임 깊이(T_S)의 결정을 위해 제시된 규정에 의해 용접 시임은, 한편으로는 특정 요오크 높이에서 용접 시임 내의 발생한 인장력을 흡수하기에 충분한 강도를 갖고, 다른 한편으로 용접 시임이 너무 깊지 않아서, 용접 시임이 요오크에서 발생하는 구조 변형에 의해 용접 위치에서의 자기 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 상기 영향으로는 예컨대 발생된 바람직하지 않은 와류 손실의 크기가 있다.

변수(ΔT_S)가 1 mm 이면, 주어지는 최소값에 대해 확실한 용접 결합이 이루어지고, 최대값에 가까운 너무 깊은 용접 시임이 제공되지 않는다.

값 ΔT_S 이 0.5 mm 이면, 용접 시임의 품질은 특히 확실하게 재현 가능하다.

용접 시임 깊이(T_S )가 요오크 높이(H_Joch)에 의존하는 최소값(T_Smin)에 미달되지 않고, 요오크 높이(H_Joch)에 비례하는 최소값(T_Smin)과 팩터(3/40)가 곱해지면, 다양한 요오크 높이(H_Joch)에 대한 용접 시임의 최소 강도가 주어진다.

외부측에서 2개의 부분 톱니가 결합 위치에 배치되도록, 상기 결합 위치에 요오크가 형성되면, 한편으로는 용접 위치가 요오크로부터 멀리 떨어져 있고, 다른 한편으로는 용접 공정시 비교적 많은 열이 상기 외부 톱니로부터 방출될 수 있는 긍정적인 효과가 주어진다. 따라서 열의 일부는 요오크에 도달하지 않는다. 요오크의 전자기 특성은 심하게 영향을 받지 않는다.

용접 시임이 요오크의 방사방향 내측에 배치되고, 따라서 톱니 헤드에 결합 위치가 배치되면, 이로써 상기 톱니 절반의 진동이 확실하게 방지된다.

또한, 용접 시임이 고정자의 적어도 하나의 축방향 측에 배치된다. 따라서 상기 위치에서 자기 소음이 감소된다.

용접 시임이 레이저 용접 시임인 경우, 용접을 실시함으로써 용접 시임의 형성을 위한 방법이 특히 확실하게 실행된다. 용접 파라미터가 확실하게 조절될 수 있고, 용접 재료의 추가 공급이 이루어지지 않고, 용접 열은 예컨대 용착 용접과 같은 다른 방법에 비하여 현저히 감소한다. 또한, 고정자 코어는 0.1 % 미만의 탄소함량(질량 함량)을 갖는 재료로 이루어진다.

탄소함량은 용접 시임의 취약성(brittleness) 및 예컨대 진동 부하 하에서 내구성에 영향을 미친다.

본 발명에 따른 고정자 및 전기 기계의 실시예가 도면에 도시된다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 고정자.

도 2는 결합된 고정자 코어의 용접 시임의 제 2 실시예의 정면도.

도 3은 상이한 파라미터에 대한 용접 시임 깊이(T_S) 함수의 그래프.

도 4 및 도 5는 결합된 고정자 코어의 용접 시임의 2개의 다른 실시예들의 정면도.

도 6은 요오크의 특수한 구조에서 요오크 높이를 결정하는 것을 도시한 도면.

도 1에 전기 기계의 고정자(10)가 도시된다. 고정자(10)는 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어진 링형 고정자 코어(13)를 포함한다. 이러한 경우에 상기 고정자 코어(13)는 고정자 코어 세그먼트(14)로 이루어지고, 상기 고정자 코어 세그먼트는 재차 다수의 개별 고정자 박판들(15)로 제조된다. 고정자 코어(13)는 선행기술에서처럼 방사방향 내부로 향하는 홈(18)을 갖고, 상기 홈 내로 고정자 권선(17)이 삽입된다. 상기 고정자(10)는 하기에 설명된 바와 같이 제조된다. 일반적인 스트립 형태의 개별 고정자 박판들(15)이 제조되고, 상기 고정자 박판들은 아치형 또는 직선으로 연장될 수 있다. 개별 고정자 박판들(15)은 관통하는 홈(18)을 갖는 면이 생기도록 패킷화되고, 상기 홈 내로 차후에 고정자 권선(17)이 삽입된다. 고정자 권선(17)의 삽입 후에 고정자 코어(13)와 고정자 권선(17)으로 이루어진 서브어셈블리가 형성되고, 후속하여 상기 서브어셈블리는 실린더형 중공 챔버를 형성하도록 원형으로 밴딩되고, 상기 중공 챔버에서 상기 홈(18)이 끝난다. 이러한 상태를 고정하기 위해 원형으로 밴딩된 후에 고정자 코어(13)의 적어도 2개의 마주 놓인 단부들은 용접 시임(20)에 의해 고정된다. 그렇지 않으면 고정자(10)는 결합 위치에서 벌어진다. 하우징의 실린더형 보어 내로 조립은 거의 불가능하다.

도 2에는 결합 위치(22)가 도시된다. 결합 위치(22)의 양 측면에 적어도 하나의 고정자 코어 세그먼트(14)의 각각의 단부(23)가 도시된다. 2개의 단부들(23)은 하나의 부분 톱니(24)가 다른 부분 톱니(24)에 접촉하도록 형성된다. 2개의 부분 톱니들(24)은 함께 하나의 완전한 톱니와 같이 작용한다. 결합 위치(22)에서 용접 시임(20)의 횡단면이 도시된다. 용접 시임(20)은 방사방향으로, 즉 결합 위치 또는 부분 톱니들(24)이 접촉하는 면을 따라 용접 시임 깊이(T_S)를 갖는다. 2개의 톱니 사이의, 예컨대 부분 톱니(24)와 부분 톱니(25) 사이의 요오크(26), 즉 고정자 코어(13) 또는 고정자 코어 세그먼트(14)의 부분은 요오크 높이(H_Joch)를 갖는다.

용접 시임 깊이(T_S)와 관련해서, 요오크 높이(H_Joch)에 따라 하기 함수가 적용된다:

T_S= 0.5 mm * (H_Joch/mm -1)±ΔT_S,

따라서 용접 시임 깊이(T_S)는 요오크 높이(H_Joch)와 공차값(ΔT_S)에 따른다. 결과적으로 용접 시임 깊이(T_S)를 결정하기 위한 함수는 요오크 높이(H_Joch)와 추가 공차값(ΔT_S)에 따른 하기 기본 함수(f_B)로 이루어진다.

f_B = 0.5 mm * (H_Joch/mm -1)

변수들(H_Joch, ΔT_S)은 밀리미터(mm) 단위로 주어지고, (H_Joch/mm -1)은 단위가 없다. 제 1 근사값에서 ΔT_S은 1.0 mm 인 변수 ΔT_S1 에 상응한다. 제 2 근사값에서 ΔT_S은 0.5 mm 인 변수 ΔT_S2 에 상응한다.

도 3에는 상이한 파라미터 T_S에 대한 함수, 즉 요오크 높이 및 공차값(ΔT_S)에 의존하는 함수가 도시된다. 또한, 도 3에는 요오크 높이(H_Joch)에 의존하는 최소 용접 시임 깊이(T_Smin)의 함수가 도시된다. 함수는 하기식으로 표현된다.

T_Smin= 3/40 * H_Joch'

다른 실시예에 따라, 2개의 부분 톱니들(31)로 형성된 톱니의 용접 시임(20)은 요오크의 외측(30)에 형성된다(도 4 참조). 다른 실시예에서, 용접 시임(20)은 고정자 코어 세그먼트(14)의 적어도 하나의 단부(23)의 방사방향 내측에 배치된다(도 2 참조).

자기 소음을 감소시키기 위해 고정자(10) 또는 고정자 코어(13)의 축방향 측에 용접 시임(20)이 배치된다. 상기 용접 시임(20)은 축방향 단부측에 추가로 제공될 수 있다(도 5 참조).

결합 위치(22)에 슬롯(35)이 형성되면, 유효 요오크 높이(H_Joch)는 전술한 요오크 높이와 동일하지 않다. 여기서, 투영된 요오크 높이(H_JochP)는 앞에 제시된 식에 따라 필요한 용접 시임 깊이(T_S)의 결정을 위한 기초로 사용되는 유효 요오크 높이(H_Joch)로서 결정될 수 있다. 이를 위해, 2개의 톱니들(25) 사이의 요오크 높이로부터 슬롯(35)의 방사방향 길이가 빼진다(도 6 참조). 이러한 경우에 투영된 요오크 높이(H_JochP)의 값은 변수(H_Joch)에 사용된다.

용접 시임(20)이 상당히 취약하여 적은 부하만 견딜 수 있는 것을 방지하기 위해, 고정자 코어(13) 또는 고정자 박판(15)은 0.1% 미만의 탄소함량(질량부)을 갖는 철함유 재료로 이루어진다. 결합 위치(22)에서 용접 공정 전에 고정자 코어(13)에 고정자 권선(17)이 장착되어 함께 원형으로 밴딩된다.

용접 시임(20)은 요오크(26)의 원주 방향으로 10 kN 내지 44 kN 의 인열 강도를 갖는다. 또한, 0.9 mm 내지 2.2 mm 의 깊이에서 용접 시임은 20 kN 내지 36 kN 의 인열 강도를 가져야 한다. 1.1 mm 내지 1.8 mm 의 깊이에서는 22 kN 내지 32 kN의 인열 강도를 가져야 한다.

Claims

전기 기계의 고정자 제조 방법으로서, 일반적인 스트립 형태의 개별 고정자 박판(15)이 제조되고, 상기 개별 고정자 박판(15)은 관통하는 홈(18)을 가진 측면이 생기도록 패킷화되고, 차후에 고정자 권선(17)이 삽입됨으로써 고정자 코어(13)와 상기 고정자 권선(17)으로 이루어진 서브어셈블리가 형성되고, 상기 서브어셈블리는 후속하여 홈(18)이 끝나는 실린더형 중공 챔버가 형성되도록 원형으로 밴딩되고, 이러한 상태를 고정하기 위해 원형으로 밴딩 후에 서로 마주 놓인 상기 고정자 코어(13)의 적어도 2개의 단부들(23)이 용접 시임(20)에 의해 고정되는 전기 기계의 고정자 제조 방법에 있어서,

상기 용접 시임의 용접 시임 깊이(T_S)는 요오크 높이(H_Joch)와 공차값(ΔT_S)에 따르고, 하기 함수

T_S= 0.5 mm * (H_Joch/mm -1)±ΔT_S

로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 ΔT_S는 1.0 mm 의 값을 갖는 변수ΔT_S1 에 상응하는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 ΔT_S는 0.5 mm 의 값을 갖는 변수 ΔT_S2 에 상응하는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 시임의 깊이(T_S)는 상기 요오크 높이(H_Joch)에 의존하는 최소값(T_Smin)에 미달되지 않고, 상기 최소값(T_Smin)은 하기 함수

T_Smin= 3/40 * H_Joch

로 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 시임(20)은 요오크(26)의 방사방향 외측(30)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 5 항에 있어서, 2개의 부분 톱니들(24)로 형성된 톱니에서 상기 용접 시임(20)은 상기 고정자 코어(13)의 상기 외측(30)에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 시임(20)은 상기 고정자 코어(13)의 적어도 하나의 축방향 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 시임(20)은 레이저 빔 용접 시임인 것을 특징으로 하는 전기 기계의 고정자 제조 방법.
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제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 고정자(10)를 포함하는 전기 기계.